尼泊爾8.1級地震加德滿都—樟木沿線民居震害調查與分析

潘毅+王忠凱+時勝杰+袁雙

摘 要：為了分析尼泊爾地震中山區公路沿線自建民居的震害，在對加德滿都-樟木口岸公路沿線民居震害調查的基礎上，詳細介紹了框架結構和砌體結構自建民居的特點，按照地震直接災害和次生災害，總結了這2種自建民居結構的震害特征，給出了其地震破壞比例.框架結構基本完好的比例是砌體結構的3倍多，而中等破壞、嚴重破壞和毀壞的比例約為砌體結構的1/2.根據震害調查和統計分析，得到以下結論：自建框架結構雖未經過正規設計，不滿足尼泊爾建筑規范的相關要求，施工質量也比較欠缺，但破壞程度小于自建砌體結構；隨公路海拔的升高，沿線民居的震害程度有加重的趨勢；山區地震導致的次生災害對沿線民居建筑的破壞比較嚴重.

關鍵詞：尼泊爾地震；震害調查；公路；框架結構；砌體結構；地震次生災害；掉層結構

中圖分類號：P315；TU362；TU375文獻標志碼：A

Abstract： In order to analyze the seismic damages of the owner-built dwellings along mountainous highway in Nepal earthquake sequence， field investigation was performed along the highway from Kathmandu to Zhangmu port. Firstly， the structural characteristics of reinforced concrete （RC） frames and masonry structures in Nepal were described. Then， the characteristics of the seismic damages of the two types of residential structures were summarized， and the damage ratios of the structures were provided according to the direct disasters and secondary disasters. The proportion of basic intact of RC frame structures is over three times that of masonry structures， but the proportion of moderate and serious damages and destruction of RC frame structures is about a half of that of masonry structures. Based on the damage investigation and statistical analysis， it is concluded that many owner-built RC frame structures are not properly designed as the requirements of the building codes of Nepal， and their construction quality is poor， but the damage degree of the RC frame structures is much less than that of the masonry structures. Moreover， as the elevation increases along the highway， the seismic damage of the dwellings has a tendency of increase. Finally， secondary disasters resulted from the earthquake aggravated the seismic damage of dwellings.

Key words：Gorkha earthquake； seismic damage investigation； highway； frame structure； masonry structure；secondary disasters of earthquake； structures supported on stepped foundations

尼泊爾地處喜馬拉雅山脈南麓，位于地中海-喜馬拉雅地震帶上.由于印度板塊以每年25～30 cm的速度向亞歐板塊下俯沖[1]，引起2個板塊的擠壓和應力集中，導致該地區地質構造活動強烈，是世界上最危險的地震多發地帶之一.2015年4月25日當地時間11時56分，尼泊爾加德滿都西北方向約80 km處廓爾喀（Gorkha）發生Ms 8.1級地震，震源深度約20 km[2].主震發生后，又陸續發生多次強余震，如圖1所示.根據中國地震臺網中心的數據，截至5月31日，共發生5級以上余震8次，其中7級以上3次，見表1.尼泊爾主余震共造成8 902人死亡，23 000多人受傷，近30萬人受災[3].

尼泊爾地震發生后，作者受邀趕赴地震災區，與尼泊爾方面的人員一道開展了建筑物的震害調查工作.震害調查工作沿尼泊爾加德滿都到我國樟木口岸的公路開展，行程約100 km，對公路沿線民居的結構形式和震害特征進行調查和統計.這條公路是我國對尼泊爾進行貿易和提供災后援助的主要通道.加德滿都到刀拉爾卡特一段基本為谷地，公路比較平緩；自刀拉爾卡特始，公路進入山區.按照公路海拔高度和調查區域民居的實際分布情況，將刀拉爾卡特-樟木口岸的公路大致分為5個路段，如圖1所示.

本文對公路沿線民居的主要結構形式做了說明，按照地震直接災害和次生災害2個方面，分析了尼泊爾獨特的框架結構和砌體結構的震害特征和破壞原因，并以我國《建（構）筑物地震破壞等級劃分》（GB/T 24335—2009）[4]為依據，對民居房屋的地震破壞等級進行了劃分和統計，以期為尼泊爾的災后重建和地震災害防治提供參考.

1 沿線民居主要結構

公路沿線的村鎮民居主要為框架結構和砌體結構，其中框架結構約占62%，砌體結構約占38%.其中，鎮上的民居多為框架結構，村里的民居多為砌體結構.框架結構為居民自建的鋼筋混凝土框架結構，具有層數少、跨度小、梁柱截面小和掉層結構等特點；而砌體結構按照材料不同，大致分為片石砌體結構、燒結普通磚砌體結構、片石與燒結普通磚的混合砌體結構，具有取材易、造價低、層數少、跨度小、墻體厚和強度低等特點.

1.1 框架結構

自20世紀80年代以來，鋼筋混凝土框架結構在尼泊爾得到了大力推廣，但超過90%的框架結構為居民自建，沒有按照尼泊爾建筑設計規范《NBC-205：2012》進行設計[5].根據文獻[1]和現場測量，公路沿線的居民自建框架結構一般多為2～3層，一般層高3 m，柱距為3～4 m.梁截面一般為230 mm×325 mm，上、下各配3根直徑為12 mm的鋼筋；柱截面一般為230 mm×230 mm，配6根直徑為12 mm的鋼筋；樓板一般為現澆，其厚度為115 mm，外墻和臨近樓梯的墻厚為230 mm，其他的隔墻厚為115 mm，如圖2所示.混凝土的抗壓強度約為20 MPa，鋼筋的屈服強度約為415 MPa.這種自建框架結構不滿足尼泊爾建筑設計規范《NBC-205：2012》[5]中規定的“柱截面最小為300 mm×300 mm或者大于梁寬75 mm”的最低要求，也不滿足我國《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010）[6]中梁柱截面尺寸和配筋率的最低要求.此外，自建框架結構的混凝土澆筑質量比較差，在梁柱節點及其周邊區域等關鍵部位有明顯的施工缺陷.很多自建框架結構的頂部預留有懸臂柱，柱端留有長度不等的縱筋，便于以后加層時鋼筋搭接，且對裸露在外的縱筋未采取任何保護措施.

由于公路沿線多為山地，存在大量依山而建的民居.例如，沿路1層、背路3層、局部2層，如圖2所示.這些民居的一個顯著特點為掉層結構，即在同一單元內有上、下2個不在同一平面的嵌固端，并根據上、下接地面高差設置樓層的結構[7]，如圖3所示.

1.2 砌體結構

1.2.1 片石砌體結構

片狀石材是尼泊爾山區最容易獲得的天然材料，這些石材形狀不規則，大小不一，強度較低.在砌筑時，片石之間使用泥灰作為黏結材料，或不使用黏結材料，墻厚約40～50 cm，墻上的門窗洞口較小，約為1 m.片石砌體結構多為1～2層，層高約為2 m，樓面為木樓蓋，屋面為木屋架和鐵皮波紋板，如圖4所示.由于墻體較重且剛度較大，承擔地震作用較大，而結構的整體性較弱，其抗震能力較差.

1.2.2 燒結普通磚砌體結構

公路沿線的一些較富裕地區，砌體結構則多采用燒結普通磚作為砌筑材料，使用泥灰或者水泥砂漿作為黏結材料，如圖5所示.燒結普通磚砌體結構多為2～4層，層高一般約為3 m，墻厚一般為23 cm，采用現澆的樓板和屋面，通常設置有圈梁.由于這種結構施工質量和整體性較好，其抗震能力較其他類型的砌體結構強.

1.2.3 混合砌體結構

混合砌體結構是一種同時采用片狀石材和燒結普通磚作為砌筑材料的結構，通常第一層采用片石，而第二層采用老舊的燒結普通磚，如圖6所示.混合砌體結構一般為2～3層，層高一般為3 m，墻厚為30～50 cm，樓面為木樓蓋或混凝土樓蓋，屋面為木屋架和鐵皮波紋板，多數房屋設置有圈梁.該結構的抗震性能介于片石砌體結構和燒結普通磚砌體結構之間.

2 地震直接災害

2.1 框架結構的震害特征

1）倒塌：公路沿線調查發現，在此次尼泊爾地震中有部分框架結構發生倒塌，如圖7所示.

公路沿線的框架結構沿山坡修建，多為掉層結構.由于掉層結構存在上、下2個不同的接地面，上接地樓層柱受到上接地面的約束，導致其具有更大的側向剛度，承擔更大的水平地震作用[8].因此在強震作用下，上接地樓層柱根部易先發生破壞，造成結構倒塌.同時，邊坡在地震作用下可能發生變形.即使邊坡發生微小變形時，在掉層框架結構中亦會產生較大的附加內力，邊坡變形引起結構的內力主要位于上接地第二層及以下各層，其中上接地第一層接地處梁和柱的內力最大[9].調查中發現，陡坡的掉層框架結構倒塌概率要高于緩坡的.

2）框架柱破壞：由于自建框架結構的梁、柱截面相差不大，且配筋基本相同，震后框架梁、節點的破壞較輕，震害主要集中在框架柱，其主要震害特征有柱端的彎剪破壞、短柱的剪切破壞等.地震中，框架柱端的混凝土被壓碎或崩落，柱縱筋被壓彎或呈燈籠狀外鼓，如圖8（a）（b）所示.由于填充墻和門窗洞口的布置導致框架柱形成短柱，在地震作用下容易發生剪切破壞，如圖8（c）所示.

3）填充墻破壞：在此次地震中，框架結構填充墻的破壞比較普遍，其震害特征主要有墻面的交叉斜裂縫、門窗洞口處的斜裂縫、墻體與梁柱連接處的水平和豎向裂縫、平面外局部倒塌等.在水平地震作用下，交叉斜裂縫或斜裂縫多見于室內隔墻、窗間墻或門窗洞口的角部，如圖9（a）（b）所示；水平裂縫多見于門窗的上、下標高處，且由于框架柱沒有設置拉結筋，導致框架柱與墻體出現豎向裂縫，如圖9（c）所示，嚴重時墻體外閃，發生平面外局部倒塌.

2.2 砌體結構震害特征

1）倒塌：此次尼泊爾地震中，公路沿線的砌體結構整體或者局部倒塌的情況比較常見，如圖10所示.倒塌的砌體結構多采用木樓板，沒有構造柱和圈梁，砌體強度較低.其中，片石砌體結構和混合砌體結構采用泥漿黏結，材料強度較低，難以有效傳遞水平剪力，結構整體性較差，在強烈地震中易發生倒塌.

2）承重墻破壞：砌體結構中墻體的破壞與框架結構類似，此處不再贅述.砌體結構中承重墻的主要震害特征有層狀剝離、山墻倒塌、豎向通縫和窗角斜裂縫等.其中，片石砌體結構由于墻體較厚，且采用形狀不同、大小不一的片石來砌筑，且片石與內部填充的碎石之間缺乏有效的黏結和咬合，易發生層狀剝離，如圖11（a）所示.尼泊爾砌體結構在墻角處缺乏有效的約束，拐角處相鄰的墻體缺乏有效的連接，在強烈地震作用下，導致山墻平面外脫落，如圖11（b）所示.一些公路沿線的砌體結構沿著山坡修建或毗鄰河流，且自建民居的基坑開挖較淺，地基土又比較松軟，在地震過程中可能產生地基的不均勻沉降，導致墻體出現豎向通縫，如圖11（c）所示.由于片石砌體結構的承重墻體以黏土勾縫，導致其抗剪承載力較低，在水平地震的往復作用下，門、窗洞口的角部易出現剪切斜裂縫，如圖11（d）所示.

3）結構薄弱層破壞：建筑物豎向布置不合理造成剛度突變，這種突變導致結構的變形集中在剛度較弱的樓層[10].公路沿線某砌體結構的底層門洞較多，導致結構豎向剛度不連續，形成結構薄弱層.在地震作用下，一層磚柱與地面的傾角平均達到75°，處于倒塌的邊緣，如圖12（a）所示.左側角部的磚柱與二層的圈梁完全脫開，而右側角部的磚柱已完全倒塌.該磚砌體結構一、二層的山墻已倒塌，右側頂部的山墻也開裂和即將外閃，如圖12（b）（c）所示.盡管該結構破壞嚴重，瀕臨倒塌，但由于設置了圈梁，且采用水泥砂漿作為磚塊的勾縫材料，結構的整體性較好，并未完全倒塌，為室內人員留出了逃生的空間和時間.

3 地震次生災害

強烈地震不僅造成大量建（構）筑物破壞，導致大量的人員傷亡和經濟損失，還可能引發一系列的次生災害.此次尼泊爾地震引發了山體滑坡、山體落石、泥石流和堰塞湖等次生災害，阻斷道路、破壞房屋和橋梁，在某些路段的次生災害所造成的房屋破壞甚至超過了地震直接災害，并且給災區的救援工作帶來了很大困難.

3.1 山體滑坡

山體滑坡通常發生在一些巖土比較酥松的陡坡，而強烈地震導致這些山體的巖石和土體發生松動或破裂，誘發山體滑坡.若在滑坡附近有民居或者道路、橋梁，則會造成其破壞.此次尼泊爾地震中一些沿山坡修建的房屋被大規模的山體滑坡所掩埋，如圖13所示.房屋的第一層已被完全掩埋，第二層也有部分被掩埋，僅有陽臺露出.

3.2 山體落石

強烈地震導致山體崩塌，引發落石.巨大的落石順著陡峭的山坡滾下，對沿山坡修建的房屋造成嚴重的破壞.在靠近樟木口岸的路段，雖然房屋的地震直接災害并不嚴重，但多處發生的山體落石對房屋造成了較大的破壞，如圖14所示.在圖14（a）中，框架結構的直接震害較輕，但巨大的落石卻直接撞毀了一層的柱、填充墻和樓板；在圖14（b）中，落石不僅將靠山一側房屋的二樓墻體擊穿，而且巨大的能量使其沖到了街對面的房屋，砸毀了其臺階.

3.3 泥石流

由于地震及其余震的多次作用，一些山體的整體性被破壞，部分山體的后緣出現破裂或裂縫，當雨季來臨時，這些不穩定的邊坡在強降雨下極易失穩，形成泥石流[11].此次調查中發現，公路沿線有多處泥石流發生，不僅掩埋了大量民居，而且泥石流中蘊含的較大石塊還沖擊民居，加重了房屋的破壞，如圖15所示.

3.4 堰塞湖

地震導致的山體滑坡和泥石流往往堵塞河道，形成堰塞湖，淹沒上游的村鎮、農田和房屋[11].此次尼泊爾地震中堰塞湖數量較少，規模也相對較小，但仍有一些房屋被堰塞湖部分或者完全淹沒，如圖16所示.

4 震害統計與分析

由于加德滿都-刀拉爾卡特這一段的地勢相對平坦，民居較多，但地震破壞較輕，為了不對震害統計結果造成干擾，未將該段列入統計范圍.沿刀拉爾

卡特至樟木口岸的公路，分為A～E共5個路段，共調查民居289棟，其中框架結構178棟，砌體結構111棟.民居破壞等級的劃分以我國《建（構）筑物地震破壞等級劃分》（GB/T 24335—2009）為依據.按5個路段一起統計，框架結構和砌體結構不同破壞等級的破壞比，如圖17所示.根據《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2008）[12]確定相應的震害指數，按5個路段分布統計，框架結構和砌體結構的破壞比和平均震害指數，見表2和表3.2種結構的平均震害指數與平均海拔的關系，如圖18所示.

由上述震害統計的數據，可以得出：

1）從地震破壞等級來看，框架結構基本完好的比例是砌體結構的3倍多，而中等破壞、嚴重破壞和毀壞的比例約為砌體結構的1/2.可見，盡管自建的框架結構和砌體結構未經過正規設計，不滿足尼泊爾相關規范的要求，施工質量也比較欠缺，但框架結構的震害比砌體結構的輕，因此框架結構具有更好的整體性和抗震性.

2）隨著公路沿線的海拔升高，框架結構和砌體結構的平均震害指數也逐漸增加.即隨海拔的升高，民居的震害程度有加重的趨勢.但需要說明的是，在靠近樟木口岸的E路段，很多民居是由于地震次生災害導致了其嚴重破壞，如滑坡、落石等.

5 結 論

1）公路沿線的尼泊爾民居以自建框架結構和砌體結構為主，多數不滿足尼泊爾建筑規范的相關要求，且施工質量也較差.但框架結構的整體震害比砌體結構的輕，其抗震能力好于砌體結構，特別是遠優于片石砌體結構和混合砌體結構.

2）由于公路沿線多為山區，框架結構沿著山坡修建，多為掉層結構，在地震中該類結構的震害較普通框架的嚴重.因此，應加強該類結構的專門研究，加強其薄弱部位，并宜盡量在緩坡處建造房屋.

3）隨公路海拔的升高，沿線框架結構和砌體結構的震害程度有加重的趨勢.但由于次生災害對震害程度有一定的貢獻，因此這種趨勢還有待進一步研究.

4）此次尼泊爾地震引發了多種次生災害，對沿線民居造成了很大破壞，加重了地震災情.因此，災后重建中應該進行山地災害風險評估，放棄那些存在嚴重風險的居民點，并加強山地災害的監測和預警，做好相應的預防措施，如修建擋土墻、架設防落石網等.

致謝：感謝特里布汶大學工學院（Tribhuvan University）、國際山地綜合開發中心ICIMOD（International Center for Integrated Mountain Development）、陸地交通地質災害防治技術國家工程實驗室和西南交通大學建筑與設計學院對本研究項目的支持和幫助.

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